2006—2016年甘肅省森林生態系統服務功能價值動態變化研究

張曉慶，趙萬奎，陳智平，趙方圓，李曉兵，閆月娥，李珍存

（1.甘肅省林業調查規劃院，蘭州 730020；2.甘肅省生態環境監測監督管理局，蘭州 730020）

森林生態系統是陸地生態系統的重要組成部分，成為全球碳循環中重要的碳庫和豐富的基因庫、蓄水庫和能源庫，在固碳釋氧、水源涵養、維持生物多樣性、保持生態平衡、應對全球氣候變化等方面起著不可替代的作用［1-3］，具有重要的生態效益和經濟價值［4］。森林生態系統服務功能是森林生態系統與生態過程所形成及所維持的人類賴以生存的自然環境條件與效用［5］。森林生態系統服務功能的定量評估較好地反映了生態系統和自然資源不可替代的重要性，有助于人們了解森林生態系統服務功能，利于生態系統的保育以及退化生態系統的恢復［6］。隨著可持續發展戰略的提出，森林生態系統服務功能的研究工作逐漸發展成為研究熱點［7］，學者們先后對森林生態系統服務功能的維持機制［8］、權衡協同關系［9］、價值評估［10］、價值時空特征［11］、價值變化及其驅動力［12］等方面進行了深入研究，尤其國家林業局發布了《森林生態系統服務功能評估規范》（LY/T 1721—2008）（后簡稱《規范》），中國森林生態系統服務功能分類有了較為統一的參考和規范［13，14］，學者們利用LY/T 1721—2008在全國、省、市級以及自然保護區等不同尺度上對中國森林生態系統服務功能進行了大量的價值評估工作［15-18］。森林生態系統服務功能的研究已經成為當前生態學和經濟學交叉領域的研究熱點之一。

甘肅省地域狹長，資源組合類型多樣，地理要素在空間上的變化復雜，生態系統的過渡性特征明顯。從阿爾金山、祁連山、甘南高原到岷山，形成了一個弧形帶，其氣候、土壤、植被等自然要素也產生了極為明顯的差異，部分地區的生態功能不僅對當地的可持續發展具有重要意義，對全國的生態安全也有重大影響［19］。目前，甘肅省不同林區森林生態價值評估研究初有成效，局域尺度上，學者們分別對甘肅省祁連山、小隴山、白龍江、子午嶺、白水江國家級自然保護區等森林生態系統的服務功能價值進行了研究［20-24］；區域尺度上，張岑等［25］利用第四次森林資源清查統計結果，定量評價了甘肅省森林生態系統服務功能的經濟價值，王順利等［26］基于甘肅省森林資源連續清查第五次復查，利用LY/T 1721—2008中的指標，完成了甘肅省主要優勢樹種森林生態系統服務功能價值的評估研究工作。這些研究對于加深森林生態系統服務價值的評估起到了積極的促進作用，也對引起人們關注森林生態系統的服務效益具有重要的引導意義。

近年來，隨著甘肅省森林資源的不斷變化，其森林生態系統服務功能和價值也在發生變化，需掌握最新的森林資源生態系統服務功能總價值，不斷地摸索甘肅省森林生態系統服務功能價值的時空動態變化規律。鑒于此，本研究根據甘肅省森林資源連續清查第五次復查、第六次復查、第七次復查，依據國家林業行業標準LY/T 1606—2003、LY/T 1721—2008，對甘肅省森林資源功能和價值進行評估，旨在了解甘肅省森林生態系統的服務功能價值及其動態變化，為地方政府制定生態補償措施提供理論與數據支持，為甘肅省的生態建設、環境保護以及可持續發展戰略提供決策依據，在提高社會對森林生態系統重要性的認識，引起人們關注生態系統的服務效益等方面具有重要的引導意義。

1 研究區概況和研究方法

1.1 研究區概況

甘肅省地處黃土高原、青藏高原和內蒙古高原的交匯地帶，分屬黃河流域、長江流域及內陸河流域，地理位置為92°13′—108°46′E，32°31′—42°57′N，海拔1 500～3 000 m。地形狹長，東西長1 655 km，南北寬530 km，地勢自西南向東北傾斜，地形地貌復雜，分布有山地、高原、冰川、沙漠、戈壁等多種地貌類型。氣候類型多樣，從南向北包含亞熱帶季風氣候、溫帶季風氣候、溫帶大陸性（干旱）氣候和高原高寒氣候四大氣候類型。大部分地區氣候干燥，干旱、半干旱區占總面積的75%。年平均氣溫0～15℃，年降水量在36.6～734.9 mm，多集中在6—8月，占全年降水量的50%～70%。甘肅省森林植被類型豐富多樣，分布有溫帶草原帶和溫帶荒漠帶、暖溫帶落葉闊葉林帶、亞熱帶常綠闊葉林帶等，主要分布有櫟類（Quercusspp.）、油松（PinustabuliformisCarr.）、云杉（PiceaasperataMast.）、樺木（Betulaspp.）、冷杉［Abies fabri（Mast.）Craib］、楊樹（PopulusL.）、落葉松［Larix gmelinii（Rupr.）Kuzen.］、柏木（CupressusfunebrisEndl.）等北方樹種。

1.2 研究方法

1.2.1 數據來源 數據源來自于甘肅省森林資源連續清查第五次復查（2006年）、第六次復查（2011年）、第七次復查（2016年）和權威機構公布的社會公共資源數據，中國林業統計年鑒（2011、2016年），甘肅省政府新聞辦公室2011年7月13日召開的《甘肅省森林生態系統服務功能價值評估》新聞發布會成果數據［以甘肅省森林資源連續清查第五次復查（2006年）為基準測算］。

1.2.2 評估方法 依據國家林業行業標準《森林生態系統服務功能評估規范》里的具體評估指標體系、計算公式，對2006、2011、2016年甘肅省森林生態系統的涵養水源、保育土壤、固碳釋氧、積累營養物質、凈化大氣環境、森林防護、保護生物多樣性和森林游憩等8項功能進行了價值評估，分析數據變化情況。參數主要來源于祁連山森林生態站長期連續定位監測數據。

2 結果與分析

2.1 甘肅省森林生態系統服務功能總價值及變化

2006—2016年，甘肅省森林生態系統服務功能總價值分析（圖1）表明，森林生態系統服務功能總價值呈遞增趨勢，其中，2006年總價值較低，為1 825.92億元，2016年總價值最高，為2 072.84億元。10年期間，甘肅省森林生態系統服務功能總價值增加了246.92億元，增長了13.52%，年均增加24.69億元，年均增長率為1.42%。單位面積提供的服務功能價值也呈遞增趨勢（圖2），2006年為3.14萬元/hm2，2011年為3.17萬元/hm2，2016年為3.25萬元/hm2。單位面積森林每年提供的功能價值增加了0.11萬元/hm2，增長率為3.5%，年均價值增加了0.01萬元/hm2，年均增長率為0.38%。

圖1 森林生態系統服務功能總價值

圖2 森林生態系統服務功能單位面積價值

2.2 甘肅省森林生態系統不同服務功能價值及其動態變化

森林生態系統各服務功能價值分析（圖3）表明，不同服務功能價值均呈遞增趨勢。其中，涵養水源、保育土壤、固碳釋氧和生物多樣性保護4項價值總量均位列前四，比重大于總價值的90%，在甘肅省森林生態系統總價值中占有主體地位。2006年和2011年各項生態服務功能價值所占比例由大到小依次為涵養水源、保育土壤、固碳釋氧、生物多樣性保護、凈化環境、積累營養物質、森林防護、森林游憩。2016年森林游憩和森林防護的價值所占比例發生了變化，功能價值由大到小的順序為涵養水源、保育土壤、固碳釋氧、生物多樣性保護、凈化環境、積累營養物質、森林游憩、森林防護。在所有年份中，前6項森林生態系統服務功能價值所占比例排列順序未變，表現為涵養水源＞保育土壤＞固碳釋氧＞生物多樣性保護＞凈化環境＞積累營養物質。

圖3 森林生態系統服務各功能價值

2.2.1 涵養水源價值動態變化 涵養水源功能與價值評估分析結果（表1）表明，森林生態系統涵養水源功能調節水量、調節水量價值、凈化水質價值和涵養水源功能價值都呈遞增趨勢，2006—2016年，森林生態系統涵養水源功能年調節水量由99.35億m3增加到110.25億m3，增加了10.90億m3，增長率為10.97%；調節水量價值由607.07億元增加到673.70億元，增加了66.63億元，增長率為10.98%；凈化水質價值由207.63億元增加到230.42億元，增加了22.79億元，增長率為10.98%；涵養水源功能價值由814.71億元增加到904.12億元，增加了89.41億元，增長率為10.97%。2006—2016年，森林涵養水源功能價值分別占當年的44.62%、44.36%、43.62%，所占比例均超過當年價值總量的40%，說明森林對甘肅省的水質調節、凈化水質方面發揮著巨大的作用。

表1 森林生態系統涵養水源功能與價值評估

2.2.2 保育土壤功能價值動態變化 保育土壤功能主要包括固土和保肥兩個方面。保育土壤功能價值分析（表2）表明，2006—2016年，森林生態系統保育土壤功能年固土量、年減少氮流失量、年減少磷流失量、年減少鉀流失量、固土價值、保肥價值等皆呈遞增趨勢。森林生態系統保育土壤功能固土量由1.66億t增長到1.87億t，增長了0.21億t，增長率為12.65%；年減少的氮流失量由32.07萬t增長到37.22萬t，增長了5.15萬t；年減少磷流失量由32.31萬t增長到37.23萬t，增長了4.92萬t；減少的鉀流失量由531.31萬t增長到610.83萬t，增加了79.52萬t；固土價值由22.10億元增長到24.45億元，增長了2.35億元，增長率為10.63%；林分保肥價值由358.71億元增長到412.80億元，增長了54.09億元，增長率為15.08%；固土保肥總價值由380.8億元增長到437.24億元，增長了56.44億元，增長率為14.82%。2006—2016年，保育土壤功能價值分別占當年的20.86%、20.81%、21.09%，所占比例均超過當年價值總量的20%。

表2 森林生態系統保育土壤功能與價值評估

2.2.3 固碳釋氧功能價值動態變化 森林是陸地上最大的儲碳庫和最經濟的吸碳器。森林固碳釋氧功能的評估包括固碳量、釋氧量兩部分。對其動態變化分析結果（表3）表明，森林固碳釋氧功能亦呈遞增趨勢，其中，2006—2016年，甘肅省森林固碳量由758.09萬t增長到873.47萬t，增長了115.38萬t，增長率為15.22%；森林釋氧量由1 598.19萬t增長到1 858.38萬t，增長了260.19萬t，增長率為16.28%；固碳釋氧價值由250.79億元增長到290.65億元，增長了39.86億元，增長率為15.89%。2006、2011、2016年，固碳釋氧價值分別占當年總價值量的13.73%、14.01%、14.02%。

表3 森林生態系統固碳釋氧功能與價值評估

2.2.4 生物多樣性保護功能價值動態變化 甘肅省森林生態系統生物多樣性保護功能價值2006年為215.70億元，2011年增長至238.20億元，2016年達242.13億元。2006—2011年，生物多樣性保護功能價值增加了22.50億元，增長率為10.43%。2011—2016年，生物多樣性保護功能價值增加了3.93億元，增長率為1.65%。2006—2016年生物多樣性保護功能價值增加了26.43億元，增長率為12.25%。

2.2.5 其他功能價值動態變化 森林生態系統積累營養物質功能、凈化大氣環境功能、森林防護功能和森林游憩價值4項價值的總和小于當年估算總價值的10%。這4項功能價值中，凈化大氣環境價值量相對較大，森林游憩價值相對最少。結果（表4）表明，甘肅省森林生態系統積累營養物質價值逐年呈遞增趨勢。其中，從2006年到2016年，積累營養物質價值由25.01億元增加至29.71億元，凈增加了4.70億元，增長率為18.79%。2006—2016年凈化大氣環境價值由119.36億元增長到131.38億元，增長了12.02億元，增長率為10.07%。森林防護價值由17.24億元增長到18.50億元，增加了1.26億元，增長率為7.31%。但是，從2011年到2016年，森林防護價值由18.86億元減少到18.50億元，減少了0.36億元，減少率為1.91%。2006—2016年，森林游憩價值從2.31億元增長到19.10億元，增加了16.79億元，增長了7倍。

表4 森林生態系統積累營養物質、凈化大氣環境、森林防護、森林游憩價值

3 討論

3.1 甘肅省森林生態系統功能總價值變化分析

森林生態系統服務功能是森林生態系統服務與森林生態系統功能的綜合［27］，不僅給人類提供生產生活中所必需的物質資源，還發揮涵養水源、固碳釋氧、保護生物多樣性等多種生態功能［28］。甘肅省森林生態系統服務功能價值評估表明，2006—2016年生態系統服務功能總價值呈遞增趨勢；涵養水源、保育土壤、固碳釋氧和生物多樣性保護的價值量之和的占比均超過當年總價值的90%，是甘肅省森林生態系統服務的重要組成部分。這與王順利等［26］的研究結果基本一致，與蘭潔等［10］對新疆天然林生態系統服務功能價值評估的功能價值大小順序相似。原因如下：①甘肅省實施了天然林資源保護、三北防護林、退耕還林、重點公益林等各類國家重點林業工程，加大了森林資源保護力度，這些工程的實施，有效增加了甘肅省森林資源面積，改善了區域生態環境，森林質量得到提升，因此，森林生態系統服務功能總價值呈遞增趨勢。②涵養水源、保育土壤、固碳釋氧、生物多樣性保護功能等是森林生態系統的主要服務功能，因而一直占據森林生態系統功能價值的前幾位。此外，退耕還林工程實施時，側重于選擇保水、保土功能較好的樹種，這也是導致涵養水源、保育土壤功能較高的原因之一。因此，監測期內三期數據價值評估涵養水源、保育土壤、固碳釋氧、生物多樣性保護價值均占生態系統服務功能價值的前4位，并呈逐年遞增趨勢。森林生態系統在保護甘肅省土壤資源穩定性、防止水土流失、維持地區生態平衡等方面，具有重要作用，區域資源開發中，應加強森林資源的管理及合理利用，防止過度開發森林資源。

3.2 甘肅省森林生態系統不同服務功能價值動態變化分析

森林生態系統8項服務功能價值較全面地反映了森林生態系統的服務功能價值［29，30］。2006—2016年甘肅省8項服務功能價值及各功能價值的功能指標都呈逐年遞增趨勢。原因如下：①甘肅省各類護林工程的實施以及生態用水補償機制的建立，控制了水土流失并緩解了土地荒漠化。因此，森林調節水量、凈化水質、涵養水源功能價值逐年增加，森林固土量、固氮量、固磷量、固鉀量等也逐年升高，致使森林生態系統服務功能的涵養水源和保育土壤服務功能價值升高。②退耕還林、天然林資源保護、三北防護林體系建設等工程實施以來，甘肅省森林覆蓋率逐年增加，由2006年的10.42%增長到2016年的11.33%，提高約0.91個百分點。森林覆蓋率的提高，森林涵養水源的效能增加，增加地表徑流量和地下水徑流量，有效減少了水土流失，這也是甘肅省森林生態系統服務價值增長的主要原因之一。同時，隨著森林覆蓋率的增加，森林作為旅游資源的游憩功能逐步得以更好地體現，森林游憩服務價值得以迅速增長。③在森林覆蓋率提高的同時，甘肅省強化特殊生態區域治理工作，實施了森林撫育及公益林管護等工程，提高了森林資源的質量。隨著生境質量的變好，生境內的物種多樣性增加，增強了森林的各項生態服務功能。因此，森林的固碳釋氧功能、生物多樣性保護功能、凈化大氣環境功能、積累營養物質功能及森林防護功能增強。④退耕還林、人工造林實施以來，樹種多處于幼齡林和中齡林階段，植物生長多處于旺盛生長期，能夠吸收更多二氧化碳，釋放氧氣［31］，因此，森林生態系統的固碳釋氧功能發揮作用較大，其固碳量和釋氧量逐年增加。鑒于此，在全省資源保護和管理中應側重于種植單位面積生態功能服務價值較高的冷杉、櫟類、闊葉混、華山松等樹種，以提升森林生態系統的總體服務功能價值。

4 小結

森林生態系統服務功能價值的動態變化不僅反映了生態系統服務功能價值的時空變化，也體現了區域森林生態系統保護的重要作用。說明森林生態系統不僅給人類提供各種林產品和林副產品等直接經濟價值，同時具有涵養水源、固碳釋氧等多種更重要的間接服務功能價值。2006—2016年甘肅省森林資源得到了有效保護，森林生態系統8項功能價值呈增長態勢，其中，涵養水源、保育土壤、固碳釋氧和生物多樣性保護這4項功能發揮作用均較大，價值量之和的占比接近總價值的90%。森林游憩價值的迅猛增長，表明人民群眾對優美生態環境、高品質生活的向往逐步變得更加強烈，森林旅游正在成為一種健康時尚的生活方式，發揮越來越重要的作用，逐步滿足人民對高品質生活的需求。

本研究對甘肅省森林生態系統服務功能價值進行了初步評估，但僅限于對連續三期森林清查數據進行了初步動態評價，并沒有反映區域內森林生態系統服務功能的空間異質性。后續研究還應探索更多不同監測期內不同地域森林生態系統服務功能價值的空間動態變化。此外，在評價過程中尚未考慮氣象因素、土地利用變化、林地管護措施等眾多影響因素，還應在典型區域開展固定監測樣地布置和樣品監測，考慮不同優勢樹種的齡組、林種等多方面因素，不斷提高估算參數的合理性和精度，能夠更加真實地反映甘肅省森林生態系統服務功能的價值，以便為今后進一步開展森林健康經營、擴大生態建設規模和提升建設質量提供一定的理論依據，為評估、考核國家重點生態工程效益提供更多的參考。